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活性炭处理含2，4，6-三氯酚废水的研究

文档作者：李瑞青文档来源：通用电气研发中心		点击数：	更新时间： 2024年07月25日
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活性炭处理舍2，4，6一三氯酚废水的研究
李瑞青
(通用电气研发中心上海201203)
摘要以活性炭对含三氯酚的模拟废水进行处理。采用静态试验的方法研究活性炭投加量、处理时间、温度、pH对三氯酚
去除效果的影响。结果表明，活性炭处理含三氯酚废水的最适温度为25～30℃，最适pH值为3．0．7．0。在最适合条件下，理论上
将lL含三氯酚浓度为127mg，IJ的废水处理达到国家三级污水排放标准(1．Omg，L)，需投加活性炭81．59。
关键词活性炭；含三氯酚废水；去除效率
中图分类号：×703 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2014)03—064—03
2，4，6一三氯酚是一种具有很强环境毒性．并且难以被生
物降解的有机物。它广泛存在于被农药、化工和杀生剂等污
染的环境中。另外。采用加氯法对自来水消毒的过程中也容
易发生氯代作用．将原水中的酚类化合物转变为三氯酚⋯。
2．4．6一三氯酚对人的危害主要是通过损害人的神经系统和
呼吸系统而产生的。值得注意的是．由于其难以被生物降解，
工业生产中突发性三氯酚泄露后极易通过水循环扩散到环
境中。对环境和人类健康产生极大的危害。故去除环境，尤其
是水环境中三氯酚的研究具有重要意义。当前．我国已将三
氯酚作为需要优先控制的污染物。
水处理过程中去除水中三氯酚的方法主要有生物去除
法[2]、催化氧化法[3]、光化学处理法⋯和吸附法[5]等。考虑到去
除效率以及处理成本等因素，吸附法具有较强的优势。活性
炭因其拥有巨大的比表面积以及多样化的表面官能团而成
为水处理必威体育官方网站
常用的吸附剂。此外．活性炭具有丰富的微孔
结构．能够有效截留废水中的微生物。截留的微生物与废水
充分接触并被驯化后还可以有效利用废水中的营养物质进
行生长．进而降低了废水有机物浓度．达到废水深度净化的
效果。
本文以模拟含2。4．6一三氯酚的废水为研究对象，对活
性炭处理含三氯酚废水的不同因素进行了实验研究，主要包
括活性炭投加量、处理时间、温度、pH。通过实验确定了活性
炭处理含三氯酚废水的最优条件．并推算出在最优条件下处
理1L模拟废水所需要的活性炭理论值。
l材料与方法
1．1试验用废水
试验所用废水为本实验室制备的模拟含2．4．6一三氯酚
的废水．以经活性污泥法处理的生活废水为基水(COD约为
30mg／L)，添加三氯酚母液至COD终浓度115mg，L制备而
成。经检测，该模拟废水pH值为7．0。三氯酚母液由无水乙
醇预先溶好备用。
1．2仪器与试剂
仪器：DR6000型COD测量仪，美国哈希公司；QYC200
恒温培养摇床．上海福玛实验设备有限公司；xS204电子分
析天平，梅特勒一托利多公司；ABl5pH计，飞世尔科技公司；
CSR一1—50型纯水仪，北京爱斯泰克有限公司。
试剂：NaoH，HCl，天津化学试剂一厂；2，4，6一三氯酚，无
水乙醇，国药上海股份有限公司。所用药品均为分析纯。COD
检测试剂盒购自哈希公司，检测精度O一1500m蜀，L。8×30目
颗粒活性炭购自上海．
1．3测定项目及测定方法
本研究对废水中三氯酚的处理效果主要通过监测处理
前后水样中COD的变化来反映。各监测值对应的三氯酚浓
度可通过预制的COD一三氯酚对应关系图中读取(见图1)。
COD一三氯酚对应图做法如下：
首先制备浓度为10、50、100、200、300IIIl玑的含三氯酚
废水溶液．测定相应的COD值。然后将所获得的COD值与
对应的三氯酚浓度值在直角坐标系中作图并进行拟合。由图
1知其符合线性关系。所得拟合方程为：v=1．084x+1．911，R2=
O．999。其中，x为实验测得的COD值(mg，L)，y为对应的三氯
酚浓度(m玑)。
0 SO 1∞ 1SO 2∞ 2∞300
coO，(m—L)
图1 三氯酚浓度一COD对应圈
2结果与分析
2．1 不同处理时间对含2。4。6一三氯酚废水去除率的影响
首先需确定处理时间对三氯酚废水去除率的影响是否
与活性炭投加量有关。随机称取活性炭20、40、100、180Ing，
分别投入200IIIlL制备的模拟三氯酚废水中(CODll5m蜀／L)，
30℃下，120rpm恒温摇床震荡处理312h。在4、7、24、48、72、
168、312h时取样并测定其COD值。结果如图2所示。
由图2所知。在投加活性炭的前72h．各溶液的COD去
除率都迅速增加．且增加的速度随活性炭投加量的增加而加
快。但随处理时间的推移。COD去除率的增速逐渐降低。处
作者简介：李瑞青，男，博士，就职于通用电气研发中心。研究方向：水处理。
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万方数据
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时阀，h
图2不I司处理时I司对含三氯酚废水去除率的影响
理72h时后。各溶液COD去除率增速为零．活性炭对废水
COD的去除达到平衡。
由于不同活性炭投加量的各溶液COD去除率达到平衡
所需的时间均为72h。表明处理时间对三氯酚去处率的影响
与活性炭投加量无关。因此．本研究可选择72h作为最佳处
理时间．
2．2不同活性炭投加■对含2。4。6一三氯酚废水去除率的影
响
在11个培养瓶中分别随机称取5．6、11．3、19．9、29．6、
42．1、50．6、101．4、150．2、180．1、200．2、220．3mg活性炭，再向各
瓶中分别加入200mL实验室预制的模拟含三氯酚废水。然
后在恒温摇床培养箱中充分震荡处理72h。摇床转速为
120印m，温度控制在30℃。取出摇瓶后测量各自COD值并计
算去除率。所得结果如图3所示。
摹
丹
锺
．}I{
a
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70
60
50
40善Z80 100 120 140
i舌性炭投加量，mg
图3不同活性炭投加■对含三氯酚废水去除率的影响
由图3可知，活性炭投加量在5．6m只至101．4mg之间
时，去除率随活性炭的投加量呈线性增长．处理过程符合一
级动力学反应模型。在活性炭投加量为101．4mg到180．1mg
之间时．反应呈混合动力学关系。当活性炭添加量超过
180．1mg时，COD去除率增量急剧减小，处理反应基本符合
零级反应动力学模型。此时已达到处理平衡。因此该实验中
最佳活性炭投加量应该在180．1mg附近。
2．3不同温度对含2．4。6一三氯酚废水去除率的影响
称取180IIlg活性炭加入培养瓶中，加人实验室预制的
模拟含三氯酚废水200mL，在恒温摇床培养箱中120rpm震
荡处理72h。分别设置实验温度为15、20、25、30、40℃。取上
清液测COD值并计算去除率。结果如图4所示。
由图4可知。在温度从15℃升高至40℃的过程中．COD
2014．No，3．
器
褥
鬣喊
aoU
15 20 25 30 40
温度／℃
图4不同温度对含三氯酚废水去除率的影响
去除率先上升后下降，在25℃到30℃之间时处理效果最佳。
究其原因。首先是活性炭的吸附效率与温度密切相关。其次
是在活性炭表明附着有微生物．一般微生物的最适培养温度
在25℃到37℃之间。故本实验中。25℃到30℃温度范围内活
性炭吸附与微生物代谢共同作用下．含三氯酚废水的处理效
果最佳。
2．4不同pH值对含2，4。6-三氯酚废水去除率的影响
分别称取180mg活性炭加入9个培养瓶中，再向各瓶
加入实验室预制的模拟含三氯酚废水200mL。分别调节各溶
液的pH值到2．0、3．0、4．0、5．0、6．0、7．0、8．0、9．0、10．0。在30℃
恒温摇床培养箱中120rpm震荡处理72h。取上清液测COD
值并计算去除率。结果如图5所示。
70 、
Z U 3．O 4 0 5 0 6 O 7 O 8 O 9．0 10 0
pH
圈5不同DH值对含三氯酚废水去除率的影响
由图5知，活性炭去除三氯酚废水的最佳pH值范围为
3．0～7．0，当pH值大于8．0时处理效果急剧下降。因pH对活
性炭表面活性基团具有重要影响．说明在偏酸性条件下更有
利于活性炭对三氯酚的吸附去除。
2．5 活性炭去除含三氯酚废水等温特性标准曲线的确定
将30℃下投加不同活性炭处理含三氯酚废水达到平衡
时(72h)所得各溶液的COD值按材料与方法中所述对应关
系折算为相应的三氯酚浓度。并按照方程：Qe=V×(C。一Ce)／
m计算相应的单位活性炭的三氯酚去除量Qe(m咖g)。其
固
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万方数据
中．V代表溶液体积(L)，C。和Ce分别表示三氯酚的初始浓
度和平衡浓度(mg／L)，m表示活性炭质量(mg)。所得计算结
果如表1所示。
表1 活性炭处理含三氯酚废水单位去除■与处理平衡浓度
由表l可知．经折算后模拟废水的初始三氯酚浓度C。
为127mg，L。对Qe和Ce取对数，并分别以logCe和logQe为
横纵坐标．对所获得的数据进行拟合，得到活性炭对三氯酚
废水的等温去除特性标准曲线，结果如图5所示。其拟合方
程为：Y：0．960X一2．810，R毡0．964。根据该方程推算，若要将
1L含三氯酚浓度为127m玑的废水达到国家三级污水排放
标准(1．0IIlg，L)，理论上需一次性投加活性炭81．59。
3结论
(1)处理时间对活性炭处理三氯酚废水的去除率具有影
响．且这种影响与活性炭投加量无关。在0～72h内。三氯酚去
除率随着时间的增大而增大．72h时去除率达到平衡，此时
为最佳处理时间。
(2)活性炭的投加量对三氯酚废水的去除率具有影响。
随着投加量的增加去除率先呈一级动力学增加，逐渐演化为
混合级动力学增加．当增加到一定程度时活性炭投加量对去
除率的影响为零．达到去除平衡。
旬．70
旬．80
旬．90
喜．1∞
·1．10
-1．20
-1．30
1．90
嘲n
图6活性炭去除含三氯酚废水等温(30℃)特性标准曲线
(3)温度和pH对活性炭处理三氯酚废水去除率的影响
趋势一致，即随着温度或pH值的升高，去除率先上升后下
降。最适温度为25～30℃，最适pH值为3．0～7．0。
(4)在最佳处理条件下，理论上将1L模拟三氯酚废水处
理到三级污水排放标准要求需要投加活性炭81．59。
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